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Jun 27, 2023

Recompensas, riscos e implantação responsável de inteligência artificial em sistemas de água

Nature Water volume 1, páginas

Nature Water volume 1, páginas 422–432 (2023) Citar este artigo

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A inteligência artificial (IA) é cada vez mais proposta para solucionar as deficiências nos sistemas de água, que atualmente deixam cerca de 25% da população global sem água potável, cerca de 50% sem serviços de saneamento e cerca de 30% sem instalações de higiene. A IA está preparada para aprimorar os insights de abastecimento, gerenciamento de captação e resposta a emergências, melhorar o projeto, operação e manutenção da estação de tratamento e da rede de distribuição, além de aprimorar a disponibilidade de serviços, gerenciamento de demanda e justiça hídrica. No entanto, a proliferação dessa tecnologia nascente pode desencadear problemas sérios e inesperados, incluindo comprometimento de todo o sistema devido a erros de projeto, mau funcionamento e ataques cibernéticos, bem como exposições a cascatas socioecológicas, nexo água-energia-alimentos e falhas de infraestrutura crítica acopladas. Em resposta, fazemos três recomendações para a implantação segura e responsável da IA ​​nos sistemas de abastecimento de água potável e esgoto: abordar as lacunas na infraestrutura básica e na alfabetização digital; estabelecer mecanismos institucionais, de software e hardware para uma IA confiável; e priorizar as aplicações com base em nossa estrutura de avaliação de riscos e benefícios sistemáticos propostos.

Os primeiros desenvolvimentos científicos em sistemas de abastecimento de água potável e eliminação de águas residuais (doravante encapsulados como 'sistemas de água') permitiram que sociedades antigas se transformassem em metrópoles urbanas além de suas origens ribeirinhas e construíssem resiliência a perturbações climáticas, incluindo períodos de chuva e seca1. Por exemplo, os nazcans construíram aquedutos subterrâneos para transportar água potável por longas distâncias enquanto mitigavam as perdas por evaporação2, e a civilização do Vale do Indo construiu esgotos de tijolos para drenar banhos e latrinas em fossas isoladas para mitigar a exposição das pessoas ao esgoto3.

Embora as proezas da engenharia tenham produzido múltiplos benefícios, algumas instâncias de inovação tecnológica resultaram em 'armadilhas de progresso': eventos em que a engenhosidade humana para resolver um determinado problema inadvertidamente manifesta problemas imprevistos que ultrapassam a capacidade da sociedade - e da tecnologia - para resolvê-los4. Por exemplo, o encanamento de chumbo da Roma Antiga era uma maravilha da engenharia, conectando sua vasta população a redes confiáveis ​​de água e esgoto, mas seus escoamentos também foram associados à contaminação da água do porto com chumbo, potencialmente envenenando a vida marinha e as pessoas5.

Mais recentemente, a irrigação agrícola artificial esgotou os aquíferos subterrâneos6 e causou salinização7. O tratamento de águas residuais contribuiu inadvertidamente para o aquecimento global, toxicidade e acidificação8. A dessalinização da água do mar tem causado poluição atmosférica, marinha e terrestre9. Inovações em setores adjacentes que geram benefícios de curto prazo criaram problemas de longo prazo para os recursos hídricos, como barragens hidrelétricas para produção de energia degradando ecossistemas aquáticos, dinâmica biogeoquímica e qualidade da água10. Apesar das inovações bem-sucedidas e essenciais nos sistemas de água, nossa sede de solução de problemas baseada em tecnologia muitas vezes nos prende em armadilhas crônicas de progresso.

Hoje, cerca de 25% da população global não tem acesso a água potável, 50% não tem acesso a serviços de saneamento e 30% não tem acesso a instalações de higiene11. A mudança climática antropogênica ameaça exacerbar esses problemas, com temperaturas mais altas aumentando a escassez de água globalmente e eventos extremos, incluindo tempestades, inundações e secas, danificando a infraestrutura dos sistemas de água em nações desenvolvidas e minando os esforços de água, saneamento e higiene (WASH) em nações em desenvolvimento12.

Nesse cenário, a inteligência artificial (IA) e sua subdivisão do aprendizado de máquina (ML) é a mais recente intervenção tecnológica proposta para resolver problemas nos sistemas hídricos, construindo resiliência climática, melhorando o desempenho da infraestrutura e, em casos limitados, auxiliando os esforços de WASH . No entanto, aplicações crescentes de IA podem dar origem a problemas sérios e inesperados que são subestimados e devem ser gerenciados de forma responsável e preventiva para evitar prejudicar involuntariamente os esforços para atender ao Objetivo de Desenvolvimento Sustentável 6.